JP5358070B2 - 摩擦材 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等のディスクブレーキパッド、ブレーキライニング等に使用される摩擦材に関する。

自動車のリアブレーキに装着されている摩擦材は、サービスブレーキとパーキングブレーキの両方に使用される場合がある。摩擦材のサービスブレーキとしての要求性能とパーキングブレーキとしての要求性能はそれぞれ異なり、サービスブレーキとしては、ブレーキの効きがよく、安定していること、耐フェード性が良好であること、耐摩耗性が良好であること、機械的強度が高いこと、鳴きの発生が少ないこと等が要求され、また、パーキングブレーキとしては、坂道においても確実に停止できるよう、静的摩擦係数が高く、且つ、停止状態を確実に維持できるよう摩擦材の熱膨張・収縮量が小さいことが要求される。

パーキングブレーキとして使用したときの静的摩擦係数が高い摩擦材としては、特許文献１（特開平９−６７４４９号）に、摩擦材の摩擦表面にゴムもしくはゴム配合物の溶解液を全面的もしくは部分的に塗布し、加熱、加硫処理を行って、摩擦材の摩擦表面に弾性ゴム被膜を施したパーキングブレーキ用摩擦材が、特許文献２（特開平９−６７４５０号）に、摩擦材の予備成形時に、ゴムもしくはゴム配合物からなるダンピング性の高い素材板を摩擦材製造用攪拌混合物の上に置いて成形して埋め込み、摩擦面に特性の異なる面を共存せしめたことを特徴とするパーキングブレーキ用ハイブリッド摩擦材が開示されている。
また、特許文献３（特開２００５−２３３２８３号）に、アブレシブ（研削材)として平均粒子径が２００〜４００μｍ、モース硬度７〜９の硬質無機粒子をパーキングブレーキ用摩擦材組成物全体に対し２５〜４０体積％添加するパーキングブレーキ用摩擦材が開示されている。

しかし、これらの摩擦材は、パーキングブレーキ専用に使用されるものであり、サービスブレーキとして使用したときに要求性能を満たすことができないという欠点がある。特許文献１、特許文献２のように摩擦材の摩擦面に高ダンピング性材料を配置しても、サービスブレーキとして使用し続けると摩耗により高ダンピング性材料が摩滅してしまうので、効果が持続しないという問題があり、特許文献３のように摩擦材にアブレシブを多く添加すると、サービスブレーキとして使用したときに相手材（ディスクブレーキロータ、ブレーキドラム）に対する攻撃性（対面攻撃性）が著しく大きくなるという問題がある。

一方で、サービスブレーキとパーキングブレーキの性能の両立を課題とした摩擦材の検討も行われており、特許文献４（特開２００２−２７５４５２号）には、モース硬度が４．５未満の無機繊維を１〜１５体積％、カシューダストを１〜１５体積％含むことで、サービスブレーキ時にはブレーキの効きが優れ、パーキングブレーキ時にはパーキングブレーキ作動後の降車時の車体の揺動による異音の発生を抑制した摩擦材が開示されている。
しかし、パーキングブレーキ時の静的摩擦係数の向上や、摩擦材の熱膨張・収縮抑制については検討がなされていない。

特開平９−６７４４９号 特開平９−６７４５０号 特開２００５−２３３２８３号 特開２００２−２７５４５２号

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、サービスブレーキ時に要求される性能を満たすとともに、パーキングブレーキ時の静的摩擦係数を高く維持し、摩擦材の熱膨張・収縮を抑制して相手材への押し付け力の低下を少なくしたバランスのとれたサービスブレーキとパーキングブレーキ両用の摩擦材を提供することを課題とする。

本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、一般的にサービスブレーキとパーキングブレーキの両方に使用される摩擦材においては、パーキングブレーキ時の静的摩擦係数を積極的に高めるよりも、ブレーキ力を低下させる要因を排除するほうが効果的であり、その要因が、
（１）サービスブレーキ時の摩擦熱によって膨張した摩擦材をパーキングブレーキとして使用したとき、自然冷却された摩擦材が収縮することで、摩擦材の相手材（ブレーキロータ、ブレーキドラム）への押し付け力が低下すること、
（２）摩擦材の固体潤滑剤として通常添加されている黒鉛が、パーキングブレーキが使用されることの多い夜間などの高湿度雰囲気下で静的摩擦係数を低下させていること、
を知見して、本発明を完成した。

本発明は、
＜１＞繊維基材、摩擦調整剤、結合剤を含有する摩擦材であって、前記摩擦調整剤として、カシューダストを５〜２０体積％、ゴム成分を１０〜２５体積％、固体潤滑剤を２〜５体積％含有し、前記カシューダストと前記ゴム成分の合計量が３０体積％以下であり、黒鉛を含有しないサービスブレーキとパーキングブレーキ両用の摩擦材において、前記ゴム成分の一部が加硫アクリルゴム粉末であり、該加硫アクリルゴム粉末を５体積％以上含み、前記固体潤滑剤が二硫化モリブデンであることを特徴とするサービスブレーキとパーキングブレーキ両用の摩擦材、
＜２＞前記カシューダストはフルフラールを硬化剤として製造されたカシューダストであることを特徴とする＜１＞記載の摩擦材、である。

本発明により、
＜１＞サービスブレーキとして使用したとき、ブレーキの効きが優れ、耐フェード性、耐摩耗性が良好で、機械的強度が高く、鳴きの発生が少ない、
＜２＞パーキングブレーキとして使用したとき、高い静的摩擦係数を維持すると共に、摩擦材の熱膨張・収縮を抑えて相手材への押し付け力低下を少なくし、坂道などにおいても確実に停止できる、
＜３＞サービスブレーキとパーキングブレーキの両方に使用できる、
摩擦材を提供することができる。

本発明の摩擦材は、繊維基材、摩擦調整剤、結合材を主成分とする摩擦材組成物を成形後、硬化してなるものである。ここで、本発明の摩擦材では、摩擦調整剤として、カシューダストとゴム成分と固体潤滑剤を含有し、黒鉛を含有しないことを特徴とする。

上記繊維基材としては、石綿（アスベスト）以外の摩擦材に通常用いられる無機繊維、有機繊維などを使用できる。例えば、スチール繊維、ステンレス繊維、銅繊維、真鍮繊維、青銅繊維、アルミニウム繊維、チタン酸カリウム繊維、ガラス繊維、ロックウール、ウォラストナイト等の無機繊維；アラミド繊維、炭素繊維、ポリイミド繊維、セルロース繊維、アクリル繊維等の有機繊維；等である。これらの繊維基材を１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。繊維基材全体の添加量は、本発明の効果を損なわない範囲で適宜添加することができる。

摩擦調整剤は、摩擦係数の調整、異音防止、錆防止などのために含まれるものであって、無機充填剤、有機充填剤、固体潤滑剤などが適宜含まれ、有機充填材としては、カシューダストおよびゴム成分が挙げられる。
カシューダストは、サービスブレーキ時の摩擦係数を安定させるために添加する。
摩擦材がサービスブレーキ作動時に相手材と摩擦係合すると、摩擦熱により摩擦材に含まれているカシューダストが溶融し、相手材の摺動面に薄く均一な有機系の被膜を形成する。この被膜が形成されることによって摩擦係数が安定する。しかし、カシューダストは熱による膨張・収縮量が大きく、摩擦材を熱膨張・収縮させる原因となっている。そこで、ゴム成分を添加することによって、摩擦材の熱膨張を抑制する。カシューダストが摩擦熱により膨張した分、弾性体であるゴム成分が収縮するので、摩擦材自体の熱膨張が抑制されるのである。

また、ゴム成分の添加により摩擦材の弾性が大きくなるので、摩擦材を相手材に押し付けたときの摩擦材の圧縮量が大きくなる。ゴム成分の圧縮量が摩擦材の熱膨張量と同等以上であれば、摩擦材が冷却され収縮したときに、押し付け力が著しく低下することがないので、相手材への押し付け力の低下を抑えることができる。

また、サービスブレーキ時の耐摩耗性を確保するために固体潤滑剤を用いる。黒鉛は湿った空気中では乾燥した空気中よりも摩擦係数が小さくなるという特性を有しているので、摩擦材に黒鉛以外の固体潤滑剤を添加することで、高湿度雰囲気下でのパーキングブレーキ時の静的摩擦係数の低下を抑制することができる。

カシューダストの添加量は、５〜２０体積％が好ましい。カシューダストが５体積％未満であると、相手材にカシューダストの被膜が形成されにくくなる。相手材にカシューダストの被膜が形成されないと、相手材の鉄成分が摩擦材に移着し、鉄同士の研削型の摩擦になり、対面攻撃性が大きくなり、耐摩耗性が悪化する。また、カシューダストが２０体積％を超えると、相手材に形成されるカシューダストの被膜が厚くなりすぎ、サービスブレーキ時の摩擦係数が低下しやすくなる。

カシューダストは、カシューナッツシェルリキッドまたはその重合体をフルフラール、ホルムアルデヒド等のアルデヒド類、或いはヘキサメチレンテトラミン等の硬化剤によって硬化したものを冷却し、粉砕したものである。本発明では、ホルムアルデヒド、ヘキサミン等を硬化剤として得られるカシューダストと、フルフラールを硬化剤として得られるカシューダストを単独で、または組み合わせて使用することができるが、フルフラールを硬化剤として得られるカシューダストを単独で使用するのが好ましい。フルフラールを硬化剤として得られるカシューダストとホルムアルデヒド、ヘキサミン等を硬化剤として得られるカシューダストとを較べると、フルフラールを硬化剤として得られるカシューダストの耐熱性が高く、熱膨張をより抑えることができる。

ゴム成分の添加量は、１０〜２５体積％が好ましい。ゴム成分の添加量が１０体積％未満であると、摩擦材自体の熱膨張が大きくなり、また、摩擦材自体の弾性が小さくなるので、パーキングブレーキ時の静的摩擦係数が低下しやすくなる。また、振動減衰性も悪くなるので、サービスブレーキ時の鳴きが発生しやすくなる。ゴム成分の添加量が２５体積％を超えると、耐摩耗性が低下する。

ゴム成分は、天然ゴム、イソプレンゴム（ＩＲ）、ニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＭ又はＥＰＤＭ）、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴムの加硫ゴム及び未加硫ゴムの粉末、タイヤのトレッドゴム、ワイパーのゴム、ウィンドウストリップのゴムを粉砕した粉末を単独で、または組み合わせて使用することができる。また、ゴム成分の一部として耐熱性の高い加硫アクリルゴム粉末を摩擦材全量に対し５体積％以上添加することが好ましい。

カシューダストとゴム成分の添加量は、合計で３０体積％以下とするのが好ましい。カシューダストとゴム成分の合計が３０体積％を超えると、摩擦材に含まれる有機物量が多くなりすぎて耐フェード性が悪化する（フェードし易くなる）。

次に、固体潤滑剤は、黒鉛を除く二硫化モリブデン、硫化錫、硫化亜鉛、硫化タングステン等の金属硫化物を単独で、または組み合わせて使用することができるが、特に湿度の影響を受け難くい二硫化モリブデンを単独で使用するのが好ましい。
固体潤滑剤の添加量は摩擦材全量に対し、２〜５体積％が好ましい。固体潤滑剤の添加量が２体積％未満であると、潤滑作用が乏しく、サービスブレーキ時の耐摩耗性が悪化する。また、固体潤滑剤の添加量が５体積％を超えると、潤滑作用が働きすぎ、サービスブレーキ時の摩擦係数が低下し、充分なブレーキ力を得ることができなくなる。

無機充填材としては、珪酸ジルコニウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、炭化珪素、シリカ、アルミナ、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、マイカ、バーミキュライト、四三酸化鉄等の他、スチール、ステンレス、銅、真鍮、青銅、アルミニウム、錫、亜鉛等の金属粉が挙げられる。これらは１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

結合材は摩擦材に通常用いられるものを使用することができる。たとえば、フェノール樹脂、アクリルゴム変性フェノール樹脂、ＮＢＲゴム変性フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ベンゾオキサジン樹脂等が挙げられ、これらは１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。結合材の添加量は摩擦材全量に対して好ましくは１０〜３０体積％である。

本発明の摩擦材の製造方法は、上記成分をヘンシェルミキサー、レディゲミキサー、アイリッヒミキサー等の混合機を用いて均一に混合して成形金型内で予備成形し、この予備成形物を成形温度１４０〜１８０℃、成形圧力２０〜５０ＭＰａで、５〜１５分成形するものである。
次に、得られた成形品を１４０〜２５０℃の温度で２〜４８時間熱処理（後硬化）した後、必要に応じてスプレー塗装、焼き付け、研磨処理を施して完成品が得られる。なお、ディスクブレーキパッドを製造する場合には、予め洗浄、表面処理、接着剤を塗布した鉄またはアルミ製プレート上に予備成形物を載せこの状態で成形用金型で成形し、熱処理、塗装、焼き付け、研磨することにより製造することができる。

以下、実施例と比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。

表１に示す組成の摩擦材組成物をレディゲミキサーにて５分間混合し、成形金型内で１０ＭＰaにて１分加圧して予備成形をした。この予備成形物を、予め洗浄、表面処理、接着剤を塗布した鉄製のプレート上に重ね、熱成形型内で成形温度１５０℃、成形圧力４０ＭＰaの条件下で１０分間成形した後、２００℃で５時間熱処理（後硬化）を行い、研磨して摩擦材（乗用車用ディスクブレーキパッド）を作製した（実施例１〜８、比較例１〜４）。その摩擦材を、サービスブレーキ時の動的摩擦係数、パーキングブレーキ時の静的摩擦係数、耐摩耗性、耐フェード性について評価を行った。結果を表１に、評価方法・評価基準を表２に、パーキングブレーキ時の静的摩擦係数の評価方法を表３に示す。

Claims (2)

1. 繊維基材、摩擦調整剤、結合剤を含有する摩擦材であって、前記摩擦調整剤として、カシューダストを５〜２０体積％、ゴム成分を１０〜２５体積％、固体潤滑剤を２〜５体積％含有し、前記カシューダストと前記ゴム成分の合計量が３０体積％以下であり、黒鉛を含有しないサービスブレーキとパーキングブレーキ両用の摩擦材において、前記ゴム成分の一部が加硫アクリルゴム粉末であり、該加硫アクリルゴム粉末を５体積％以上含み、前記固体潤滑剤が二硫化モリブデンであることを特徴とするサービスブレーキとパーキングブレーキ両用の摩擦材。
2. 前記カシューダストはフルフラールを硬化剤として製造されたカシューダストであることを特徴とする請求項１記載の摩擦材。